[發明專利]一種融合機器視覺與紅外檢測技術的反饋式池塘循環水智能投飼系統

有效

• 申請號: 201910290977.4
• 申請日: 2019-04-11
• 公開（公告）號: CN110074030B
• 公開（公告）日: 2020-11-20
• 發明（設計）人: 葉章穎;杭晟煜;文彥慈;趙建;朱松明
• 申請（專利權）人: 浙江大學
• 主分類號: A01K61/80
• 分類號: A01K61/80
• 代理公司: 杭州求是專利事務所有限公司 33200
• 代理人: 萬尾甜;韓介梅

1.一種融合機器視覺與紅外檢測技術的反饋式池塘循環水智能投飼系統，其特征在于，包括機架、控制器和投飼機；所述機架安裝于池塘循環水養殖池進水口的池岸處，控制器和投飼機均安裝于機架上并位于水面上方；

所述控制器包括控制箱、開發板、夜視魚眼廣角攝像頭、夜視攝像頭紅外補光燈、紅外傳感器和機械式紅外傳感輔助器；所述開發板安置在控制箱內部，連接夜視魚眼廣角攝像頭和紅外傳感器，所述夜視魚眼廣角攝像頭安裝在控制箱底部，與夜視攝像頭紅外補光燈連接，為開發板提供魚群攝食行為的圖像流，開發板根據圖像流反映的池塘循環水養殖池水面反光區域的變化特征，進行基于水面反光區域的魚群攝食行為強度E_K的計算；所述夜視攝像頭紅外補光燈設置在夜視魚眼廣角攝像頭兩側，所述紅外傳感器安裝在控制箱內部，共有4個，且相鄰紅外傳感器成90°夾角，配合機械式紅外傳感輔助器，向開發板提供單脈沖信號，開發板根據單脈沖信號反映的池塘循環水養殖池水體波動強度，進行基于水體波動強度的魚群攝食行為強度E_J的計算；

所述的機械式紅外傳感輔助器包括機械式紅外傳感輔助關節、紅外傳感反饋調節旋鈕和機械式紅外傳感輔助桿；所述機械式紅外傳感輔助關節由上、下部子關節組成，下部子關節上開孔，機械式紅外傳感輔助桿從上至下插入該開孔內，上端位于機械式紅外傳感輔助關節內部，在上部子關節上安裝有紅外傳感反饋調節旋鈕，反饋調節旋鈕端部與機械式紅外傳感輔助桿上端相抵，通過張緊作用控制因魚群攝食行為引發的機械式紅外傳感輔助桿擺動幅度以調節紅外傳感反饋；

所述投飼機包括飼料儲存倉、螺旋輸送器、落料管、散料盤和電機；所述飼料儲存倉中的飼料能夠通過螺旋輸送器在電機的帶動下流動至落料管中，經散料盤將飼料均勻地拋撒至池塘循環水養殖池中；所述電機與開發板連接，開發板中根據獲得的E_K和E_J計算魚群攝食行為強度E：

E＝(1-ε)E_K+εE_J

式中，ε表示投喂決策協同系數；當E值大于預先設定的投喂決策閾值G，則開發板控制電機轉動開始投喂。

2.根據權利要求1所述的融合機器視覺與紅外檢測技術的反饋式池塘循環水智能投飼系統，其特征在于，進行E_K的計算具體步驟如下：

a.夜視魚眼廣角攝像頭將魚群攝食實時圖像流傳輸至開發板，圖像流是RGB空間；

b.開發板將圖像流轉換至HSV空間；

c.根據如下公式提取圖像流的池塘循環水養殖池水面反光區域：

式中，I_s(x，y)和I_v(x，y)分別表示圖像在(x，y)處的飽和度和亮度，T_s和T_v分別表示飽和度閾值和亮度閾值，f(x，y)表示經二值化處理之后像素點(x，y)的取值；

d.利用Lucas-Kanade光流算法對圖像流中魚群攝食行為的特征信息進行提取，根據如下公式計算相鄰兩圖像流中的運動矢量速度變化幅值：

式中，(x，y)表示當前幀的反光區域坐標，N表示當前幀運動矢量總數；

e.統計相鄰兩圖像流中的運動矢量速度變化幅值分布，根據如下公式計算不同速度區間分布概率：

P(i)＝(H(i)/N)(0≤i≤m)

式中，m表示v被劃分的區間數，H(i)和P(i)分別表示落入某速度區間內的運動矢量個數和概率；

f.利用信息熵對池塘循環水養殖池水面反光區域變化特征分布概率的無規律程度進行衡量，從而實現魚群攝食行為不規律程度的分析，公式為：

g.根據如下公式計算E_K：

式中，L是光照修正系數。

3.根據權利要求1所述的融合機器視覺與紅外檢測技術的反饋式池塘循環水智能投飼系統，其特征在于，進行E_J的計算具體步驟如下：

a.魚群攝食活動引起的池塘循環水養殖池水體波動，造成機械式紅外傳感輔助桿在機械式紅外傳感輔助關節內的不規律轉動；

b.安裝在控制箱內部的紅外傳感器將該不規律轉動轉化為單脈沖信號，記：

式中，S(i)表示四個紅外傳感器中第i個的感應狀態，t表示以秒為單位的時間區間，s_j表示在t時間段每秒內某單個紅外傳感器單脈沖發生數，M表示紅外傳感器感應閾值；

c.根據如下公式計算E_J：

式中，F表示水體波動修正系數。